JPH0472769B2 - - Google Patents

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JPH0472769B2
JPH0472769B2 JP59125399A JP12539984A JPH0472769B2 JP H0472769 B2 JPH0472769 B2 JP H0472769B2 JP 59125399 A JP59125399 A JP 59125399A JP 12539984 A JP12539984 A JP 12539984A JP H0472769 B2 JPH0472769 B2 JP H0472769B2
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zirconia
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stabilized zirconia
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JPS6065726A (ja
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Ii Natsupu Kurisutofuaa
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Saint Gobain Abrasives Inc
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Norton Co
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/1253Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486Fine ceramics
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ジルコニア焼結体、そしてそのよう
な焼結体を製造するための粉末原料に関する。
〔従来の技術〕
立方晶系のジルコニアを室温で安定化させるこ
とは多年にわたつて公知である。極く最近になつ
て、立方晶相と単斜晶相もしくは準安定な正方晶
相とを室温で含有する安定化された焼結体
(PSZ)について記載したいくつかの論文及び特
許も見ることができる。さらに、多結晶で正方晶
のジルコニア(TZP)もまた文献に記載されて
いる。最も有力なこのタイプの材料は米国特許第
4067745号に記載されている。この米国特許では、
比較的に粗粒子の立方晶結晶からなりかつ準安定
で非常に微細な正方晶結晶を含有する焼結体が開
示されている。
米国特許第4344904号及び同第4360598号にもま
た部分的に安定化されたジルコニア焼結体が開示
されている。
〔発明の構成〕
本発明は、ジルコニアを安定化酸化物と共融さ
せ、得られた共融物を迅速に急冷し、そして、こ
れを粉末にすることによつて調製した安定化ジル
コニア粉末を使用すると、別の同様なジルコニア
焼結体の強度に較べてその3倍までの強度をもつ
たジルコニア体を製造することができるという知
見にもとづいている。
最も明白な構造上の特徴は、得られる生成物中
に含まれるジルコニア粒子の粒径(サイズ)であ
る。本発明の生成物中のジルコニア粒子は5〜10
ミクロンであり、但し、それらの粒子内には有効
粒径をサブミクロンにする2次的な粒径が含まれ
ている。
本発明において用いられるジルコニア粉末は、
ジルコニアと安定化剤の溶融混合物を調製するこ
とによつて製造することができる。安定化剤の量
は、所望とする結果に応じていろいろに変更する
ことができる。安定化剤の量は、平衡相状態図の
うち所望の相領域をもつた部分により支配されて
いる。したがつて、1350〜1550℃の範囲まで組成
物を焼結した場合、その組成物は完全に正方晶相
領域に含まれるかもしくは正方晶及び立方晶相領
域に含まれるべきであり、よつて、正方晶又は正
方晶及び立方晶の相が生成物中で具現される。こ
れを常法により室温まで冷却すると、正方晶の相
が準安定な状態で保持される。安定剤がY2O3
ある場合にはそれは1〜10%であり、CaOである
場合にはそれは3.3〜4.7%であり、そしてMgOで
ある場合にはそれは2.8〜4%(いずれも重量%)
である。2種類もしくはそれ以上の安定剤の混合
物を使用してもよい。但し、この公表平衡データ
はほんのガイドにすぎない。それというのも、例
えば粒径、温度変化の速度、そして多分その他の
ようないろいろな非平衡の影響が存在するからで
ある。本発明者らの見い出したところによると、
2.6%のY2O3が最低値である。
溶融混合物は、それを急冷することによつて非
常に迅速に凝固させることができる。有利な急冷
方法は、米国特許第3831857号に開示されるよう
なエアー急冷法である(溶融せる耐火物に加圧空
気をノズルから吹き付けて凝固溶融物からなる中
空もしくは充実の球形粒子を形成する)。別法と
して、溶融物を金属プレート又は球体上もしくは
それらの間で薄膜状に凝固させてもよい。
高温相を室温で保持しかつ結晶サイズを制限す
るため、上述の迅速急冷作業は必須の要件であ
る。
次いで、理想的には正方晶の結晶からなりかつ
少量の単斜晶ジルコニアを含有する凝固溶融物を
常用の非汚染型ミリング方法(例えば振動ウエツ
トミル)によつて数ミクロンもしくはそれ以下の
粒径まで磨砕し、そして乾燥する。このような機
械的作用によつて正方晶ジルコニアの変態をひき
おこし得るというものの、引き続く焼結中の加熱
によつて正方晶への逆転移をひきおこすことがで
き、また、その状態を結晶のサイズ及び2次的な
粒子集合体の作用に原因して冷却後に保持するこ
とができる。
次いで、このようにして得られた乾燥粉末を磨
砕して粗い凝集物を破壊し、常温プレス成形、押
出成形もしくはその他の成形方法により適当な形
をもつた生成形物に成形し、1350〜1550℃まで焼
成し、そして室温まで冷却する。最高強度をもつ
た成形物を得るには室温で1時間あれば十分であ
り、特別な冷却もしくはアニール工程を組み込む
ことは不必要である。焼結温度は、98%よりも大
である理論密度及び所望とする結晶構造を達成す
るのに必要な温度によつて決定することができ
る。
〔実施例〕
ジルコニアとイツトリアの共融物であつてその
エアー急冷生成物が2.9モル%(5.2重量%)のイ
ツトリア含有量を有するようなものを調製した。
この生成物を機械的にクラツシユして約100μmよ
りも微細にし、そして次にSwece社製振動ミルで
水中で28時間にわたつて磨砕して粒子の90%が
1.9μmよりも微細であるような粒径分布
(Coulter社製カウンターにより測定)を得た。得
られた粉末を空気中で約100℃で乾燥し、固まり
(クランプ)を破壊するためにドライミルし、そ
して325メツシユ(約49μmの開口を有する)の篩
で篩分けした。乾燥粉末を3000プサイで一軸プレ
ス成形して直径2.54cm及び厚さ約0.2cmの円板を
得た。これらの円板を空気中で1450℃まで3.5時
間にわたつて常圧焼成し、そして次に冷却した。
結果から、1時間以内に最高強度の発生したこと
が認められた。
溶融材料中のシリカの量があまりに多量である
と考えられる場合、粉末をアルカリ水溶液中で浸
出し、そして次にその粉末を洗浄することによつ
てシリカ量を減らしてもよい。
上述の例において、3点曲げ試験(バー型サポ
ートを使用)を実施したところ、最高強度が達成
された。すなわち、0.18%シリカ及び6%イツト
リアを含有する粉末から調製されたイツトリア−
安定化ジルコニアについて290000プサイであつ
た。より弱い円板を検査したところ、プレス成形
作業における充填度が不均一なために機械的強度
が不安全になつたことが判つた。
ペレツトを検査したところ、その主たる結晶相
は10μmもしくはそれ以下の直径をもつた正方晶
粒子であることが判つた。これらの粒子にはより
小さな粒子に分割し得る2次粒子集合物が含まれ
た。
報告によれば、部分安定化ジルコニアの表面を
研削すると、正方晶が単斜晶に転移するので、機
械的な強度を改良することができる。このような
転移が発生するのは圧縮時の研削表面である。こ
の効果は、本発明の円板において、最高強度が円
板のうち研削表面(曲げ試験で張力がかかつた
面)において達成されたことによつて確認され
た。
同様に、CaO−安定化ジルコニアからも高強度
の物体を製造することができる。MgOならびに
その他の希土類酸化物もまた使用することができ
る。
〔発明の効果〕
本発明のジルコニア製品は、機械部品、押出ノ
ズル、そして高度の破壊靱性及び耐熱衝撃性を有
する高強度耐火性部品が必要なその他の用途にお
いて有用性を有する。
本発明によつて製造したジルコニアの粉末及び
物体を使用すると、機械的及び熱的耐性にすぐれ
た強い部品に耐摩耗性を付与することができ、ま
た、これらの粉末及び物体を使用して酸素センサ
もしくはジルコニアの酸素イオン伝導性を利用し
たその他のデバイスのためのチユーブを製造する
ことができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 正方晶ジルコニア及び安定化剤の共融物粉末
    を焼結して得られる粒径10ミクロンもしくはそれ
    以下の安定化ジルコニア結晶を主要相として有す
    る、安定化ジルコニア体。 2 前記安定化剤が、カルシア、イツトリア、マ
    グネシア、別の安定化希土類酸化物又はその混合
    物である、特許請求の範囲第1項に記載の安定化
    ジルコニア体。 3 正方晶ジルコニアを2.6〜10重量%の1種類
    もしくはそれ以上の安定化剤と共融させ、次いで
    迅速に急冷し、そして粉末に微粉砕したものから
    なる、安定化ジルコニア焼結体を製造するための
    粉末。 4 前記安定化剤が、カルシア、イツトリア、マ
    グネシア、別の安定化希土類酸化物又はその混合
    物である、特許請求の範囲第3項に記載の粉末。 5 溶融物中に原料物質とともに導入されたシリ
    カの含有量を減少するために化学的に浸出処理さ
    れたものである、特許請求の範囲第3項又は第4
    項に記載の粉末。
JP59125399A 1983-06-20 1984-06-20 部分安定化ジルコニア体 Granted JPS6065726A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US50623983A 1983-06-20 1983-06-20
US506239 1983-06-20

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JPS6065726A JPS6065726A (ja) 1985-04-15
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JP59125399A Granted JPS6065726A (ja) 1983-06-20 1984-06-20 部分安定化ジルコニア体

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JP (1) JPS6065726A (ja)
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